有机介质中酶催化反映的影响因素

⏹为什么滞后合成型的酶要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成？滞后合成型的酶之所以要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成，主要原因是由于受到培养基中存在的阻遏物的阻遏作用。

只有随着细胞的生长，阻遏物几乎被细胞用完而使阻遏解除后，酶才开始大量合成。

若培养基中不存在阻遏物，该酶的合成可以转为延续合成型。

该类型酶所对应的mRNA稳定性很好，可以在细胞生长进入平衡期后的相当长的一段时间内，继续进行酶的生物合成。

⏹酶的发酵生产过程中，要使酶的产率提高，可以采取哪些措施？使用优良的产酶细胞；使用优良的发酵生产设备；采用先进的分离纯化技术和设备；控制好工艺条件；采取某些行之有效的措施。

添加诱导物对于诱导酶的发酵生产，在发酵过程中的某个适宜的时机，添加适宜的诱导物，可以显著提高酶的产量。

例如，乳糖诱导β-半乳糖苷酶，纤维二糖诱导纤维素酶，蔗糖甘油单棕榈酸诱导蔗糖酶的生物合成等。

诱导物一般可以分为3类:酶的作用底物,作用底物的类似物 ,酶的催化反应产物.控制阻遏物的浓度阻遏作用根据机理不同，可分为：产物阻遏和分解代谢物阻遏两种。

1.产物阻遏作用是由酶催化作用的产物或者代谢途径的末端产物引起的阻遏作用。

为了减少或者解除分解代谢物阻遏作用，应当控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度。

2.分解代谢物阻遏作用是由分解代谢物（葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物质经过分解代谢而产生的物质）引起的阻遏作用。

较采用其他难利用的碳源，如淀粉等采用补料、分次流加碳源添加一定量的环腺苷酸（cAMP）对于受代谢途径末端产物阻遏的酶，可以通过控制末端产物的浓度的方法使阻遏解除。

添加表面活性剂表面活性剂可以与细胞膜相互作用，增加细胞的透过性，有利于胞外酶的分泌，从而提高酶的产量。

将适量的非离子型表面活性剂，如吐温（Tween）、特里顿(Triton)等添加到培养基中，可以加速胞外酶的分泌，而使酶的产量增加。

由于离子型表面活性剂对细胞有毒害作用，尤其是季胺型表面活性剂（如‘新洁而灭’等）是消毒剂，对细胞的毒性较大，不能在酶的发酵生产中添加到培养基中。

有机介质中的酶催化名词解释
有机介质中的酶催化是指酶在有机介质中催化生物化学反应的过程。

有机介质是指由有机化合物构成的溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等。

酶是一种特殊的蛋白质，能够加速化学反应的速率并降低反应所需的能量。

在有机介质中，酶的活性和稳定性与在水中不同，因此需要对酶的反应条件进行调整。

有机介质中的酶催化具有以下优点：
1. 扩大了酶反应的适用范围，使得一些水溶性的酶可以应用于有机反应中。

2. 由于有机介质具有较小的极性，因此可避免水分子的竞争，使得酶催化反应的效率更高。

3. 有机介质中的酶催化可以降低反应温度和反应时间，提高反应产物的纯度。

但是，有机介质中的酶催化也存在一些限制和挑战，如：
1. 有机介质的溶解度和毒性可能会影响酶的活性和稳定性，因此需要进行优化和评估。

2. 酶的选择和修饰需要考虑有机介质的特性和反应条件，以提高催化效率和选
择性。

综上所述，有机介质中的酶催化是一种有潜力的生物催化技术，可以扩大酶催化反应的适用范围和提高反应效率，但仍需要进一步研究和优化。

第一章绪论酶工程：酶的生产、改性和应用的技术过程。

酶的生产(enzyme production):通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。

酶的改性(enzyme improving ):通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶定向进化等。

酶的应用(enzyme application):通过酶的催化作用获得人们所需的物质或者除去不良物质的技术过程，主要包括酶反应器的选择与设计以及酶在各个领域的应用等。

酶工程的主要内容包括微生物细胞发酵产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞和原生质体固定化，酶的非水相催化，酶反应器和酶的应用等。

酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作，获得人们所需的酶；并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能。

酶是一类具有催化功能的生物大分子，亦称生物催化剂。

酶的分类：1、氧化还原酶（oxidoreductase）2、转移酶（transferase）3、水解酶（hydrolase）4、裂解酶（或裂合酶lyase）5、异构酶（isomerase）6、合成酶（synthease）或连接酶（ligase）酶的催化特性：高效性、高度专一性、反应条件温和且活力可调节影响酶催化反应速率的因素：底物浓度的影响，酶浓度的影响，pH、温度的影响，抑制剂的影响，激活剂的影响米氏方程式：[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度V max：最大反应速度(maximum velocity)Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)米氏常数Km的意义：☐重要特征物理常数，与酶浓度无关。

不同的酶具有不同K m值☐物理意义：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。

☐Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。

☐K m值近似等于[ES]的解离常数，可表示酶与底物之间的亲和力：K m值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; K m值小表示亲和程度大,酶的催化活性高☐从k m可判断酶的专一性和天然底物。

酶催化反应研究进展摘要：简述了酶催化优点和不足及近年来五种不同体系（有机溶剂体系、反胶束体系、低共熔体系、超临界流体体系、气相体系）中酶催化反应的概况并阐明了此反应体系的优势之处及还有那些不足。

且酶作为一种生物催化剂，已经广泛应用于各个领域中，酶工程是现代生物技术的重要组成部分，对各领域的技术性突破具有一定的影响。

随着酶工程不断地技术性突破，酶在医药工业方面、食品工业方面、轻工业、有机合成方面等都的应用越来越广泛。

作为一项新技术，它对各领域势必会有一定的推进作用。

关键词酶催化反应，反应体系，应用Title ×××××（4号Times New Roman,实词首字母大写）Abstract×××××××（小4号Times New Roman，1.5倍行距，第一个字应顶格写）Keywords1 酶催化的介绍酶是一种具有特殊三维空间构象的蛋白质,它能在生物体内催化完成许多广泛且具有特异性的反应。

随着生化技术的进展,酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段应用于有机合成。

酶有专一的、有催化活性的性质,它们在体内几乎参与了所有的转变过程,催化生物分子的转化；也催化许多体内存在的物质发生变化,使人体得以有正常的新陈代谢。

许洪高、高彦祥等人还发明了一种酶催化反应的装置。

1.1 酶催化的优点酶作为一种生物催化剂自然具备其特有的优点，如酶催化效率高, 专一性强, 可减少或避免副反应；可以利用酶通过有限的步骤实现许多化学方法难以完成的反应；反应条件温和, 可节省能源, 减少设备费用；而且酶来自生物体本身，故它是生物体可降解的无环境毒害性物质，符合将废弃物控制在最小限度, 实现原子经济的绿色化学要求。

1.2 酶催化的不足尽管酶催化反应有如此多的优点，以酶作为生物催化剂在工业生产中的应用到目前为止还不是很普遍主要有以下几个原因：在催化反应环境中存在的热、酸、碱、氧化剂、重金属离子，而酶本身是生物大分子，且许多酶是胞内酶，细胞内部环境通常比较稳定,故可能会因催化反应的环境中的因素导致酶分子失活破坏酶的稳定性；一些酶对价格通常较昂贵的辅酶有较强的依赖性；在化学反应体系中应用酶作催化剂，酶的催化活性和选择性往往并不十分理想；酶的来源及成本问题，许多工业用酶成本较高, 而且种类有限。

有机溶剂中酶催化活性研究进展摘要：酶在有机溶剂中催化作用的研究日益受到重视，其应用范围也越来越广。

本文就有机介质中酶催化的影响因素进行了探讨，并归纳出提高酶活性的一系列方法，最后简要介绍了有机溶剂中酶的应用。

关键词：有机溶剂；酶催化一直以来，人们认为“生物催化必须在水溶液中进行”、“有机溶剂是酶的变性剂、失活剂”，而1984年，Klibanov[1]提出:“只要条件合适，酶在非生物体系的有机溶剂中同样具有催化功能”的理论使酶学概念发生了革命性的改变，并由此开创了非水相生物催化（非水酶学）的新时代。

1 有机溶剂中酶催化反应的优势研究表明，有机溶剂中的酶和水溶液中的酶一样具有高度的底物选择性。

此外，还有以下一些特点[2, 3]: （1）绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高；（2）根据热力学原理，一些在水中不可能进行的反应，有可能在非水系统内进行；（3）有机溶剂可促使热力学平衡向合成方向（如酯合成、肽合成等）移动，如脂肪酶在水中催化脂肪水解，而在有机溶剂中则催化酯合成；（4）在有机溶剂中，所有有水参与的副反应（如酸酐水解）将受到抑制；（5）在有机溶剂中酶的热稳定性显著提高，可通过提高温度加速催化反应进行；（6）从非水系统内回收反应产物比水中容易；（7）在非水系统内酶很容易回收和反复使用，不需要进行固定化；（8）在有机溶剂中不易发生微生物污染；（9）更为重要的是，低水环境可用于稳定具有未知催化性质的构象异构体，以及在水中寿命极短的酶反应中间体。

目前，有机溶剂中酶催化的上述优势使得非水酶学研究成为生物化学、有机化学、生物工程等多种学科交叉的研究热点。

迄今发现能在有机溶剂中发挥催化功能的酶有十几种，主要集中于脂肪酶研究，催化的反应类型包括氧化、还原、酯合成和酯交换、脱氧、酞胺化、甲基化、羟化、磷酸化、脱氨、异构化、环氧化、开环聚合、侧链切除、缩合及卤代等。

2 影响酶催化活性的因素一直以来有机相酶催化的研究非常活跃，但到目前为止仍处于实验研究阶段，离工业化应用还有一定的距离，最大的原因就是酶在有机溶剂中活性较低。

一、什么是生物工程？简述现代生物工程的体系组成。

生物工程（B i oe n g i n e e ri ng ）又称生物技术或生物工艺学，是20 世纪70 年代发展起来的一门新的综合性应用科学,是基于分子生物学和细胞生物学的新兴技术领域。

通常把生物技术分为发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程四个分科，它们相互依存，相互促进。

其中，酶工程是生物工程的重要组成成分。

二、什么是酶工程？研究酶与酶工程的意义？酶工程是随着酶学研究迅速发展，特别是酶的应用推广使酶学与工程学相互渗透结合，发展而成的新的技术科学，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的边缘科学技术。

它是从应用的目的出发研究酶，是在一定生物反应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转化为有用物质的技术。

酶工程包括下列主要内容（酶的产生酶的制备酶和细胞固定化酶分子改造有机介质中的酶反应酶反应器抗体酶酶传感器酶技术应用）酶与酶工程研究的重要意义:1研究酶的理化性质及其作用机理，尤其是从酶分子水平去探讨酶与生命活动、代谢调节、疾病、生长发育的关系，具有重大科学意义。

2酶是分子生物学研究的重要工具，限制性内切酶H in d Ⅱ的发现使核酸序列测定有了突破，促进了DN A 重组技术的诞生，推动了基因工程的发展3酶的高效率、专一性及不需要高温高压或强酸强碱的反应条件，对普通的化学催化反应产生了决定性的飞跃。

它丰富充实了现代化学中的催化理论4酶在工、农、医各方面都应用已久。

现在，从与人们生活休戚相关的衣食住行到各行各业的高技术革命，几乎都与酶有关。

三、酶作为生物催化剂的显著特点是什么？影响酶活性的因素有哪些？催化效率高；高专一性；易失活；调节性。

（1．酶浓度的调节 2. 激素调节 3. 共价修饰调节 4. 限制性蛋白水解作用与酶活力调控 5. 抑制剂的调节 6. 反馈调节 7. 金属离子和其他小分子化合物的调节）？除[E]、[S]外，外界因素：温度、pH、激活剂、抑制剂？四、解释典型的（米氏）酶动力学曲线，K m、K s、V max和k cat的定义是什么？说明这些常数之间的关系？K m：反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。

药　物　生　物　技　术Pharmaceutical Biotechnology　2002,9(6):374～377酶在有机溶剂中的生物催化性能及其固定化技术Ξ刘建国1,程克棣1,欧阳藩2(1.中国医学科学院、中国协和医科大学药物研究所,北京100050;2.中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100080)摘　要　在有机相中,酶具有与其在水相中相同的晶体结构,能够正确折叠和恢复活性,其活性严重依赖于干燥前水相的pH值,并受有机溶剂中水含量的影响。

有机介质中水分子的存在对于保持天然蛋白质的活性构象和控制蛋白质表面基团的离子化状态具有重要作用。

盐种类及有机介质对有机相中酶催化反应的对映体选择性有重要的影响。

酶经固定化后,底物在酶分子间的传质阻力减少,酶活得以增大。

固定化酶介质对固定化酶活具有较大的有影响。

文章还介绍了有机相中固定化酶的新方法。

关键词　酶;有机溶剂;生物催化;固定化中图分类号:Q55 文献标识码:A 文章编号:1005-8915(2002)06-0374-04 最近几年,无水介质中生物催化剂的问题吸引了世界各地研究工作者的注意,使这一领域的研究获得了巨大的进展。

在生物催化反应中以有机溶剂作为反应介质证明是一种非常有效的扩大生物催化实际的应用范围和效率的方法。

因为这样可以增加亲脂性底物的溶解性,使一些在水相中无法进行的反应在有机相中得以进行。

有机相中酶学研究的不断深入,大大推动了酶化学技术在药学、有机合成化学等学科中的应用和发展。

1　酶在有机溶剂中的催化性能及影响因素1.1　有机溶剂对酶结构的影响有机相中酶学的一个重要问题是酶接触的有机溶剂是如何影响酶分子的结构的。

S chm itke等[1]利用X2射线晶体图谱的方法研究了轻度交联的枯草杆菌素在无水介质中的晶体结构,结果发现,无水介质中的全酶结构及活性位点与在水、其它有机溶剂及无水乙腈中完全一致。

利用傅立叶转换红外光谱(FTIR)波谱图的研究结果与X衍射研究结果完全吻合[2]。

一、判断题（每题1分，共10分）1. 酶是具有生物催化特性的特殊蛋白质。

（×）2. 酶活力是指在一定条件下酶所催化的反应速度，反应速度越大，意味着酶活力越高。

（√）3. 液体深层发酵是目前酶发酵生产的主要方式。

（√）4. 培养基中的碳源，其唯一作用是能够向细胞提供碳素化合物的营养物质。

（×）5. 在酶与底物、酶与竞争性抑制剂、酶与辅酶之间都是互配的分子对，在酶的亲和层析分离中，可把分子对中的任何一方作为固定相。

（√）6. 补料是指在发酵过程中补充添加一定量的营养物质，补料的时间一般以发酵前期为好。

（×）7. 酶固定化过程中，固定化的载体应是疏水的。

（×）8. 在酶的抽提过程，抽提液的pH应接近酶蛋白的等电点。

（×）9. 青霉素酰化酶不但能催化青霉素侧链的水解作用，而且也能催化逆反应。

（√）10.亲和试剂又称活性部位指示试剂,这类修饰剂的结构类似于底物结构。

（√）11.酶的分类与命名的基础是酶的专一性。

（√）12.膜分离过程中，膜的作用是选择性地让小于其孔径的物质颗粒成分或分子通过，而把大于其孔径的颗粒截留。

（√）13.角叉菜胶也是一种凝胶，在酶工程中常用于凝胶层析分离纯化酶。

（╳）14.α－淀粉酶在一定条件下可使淀粉液化，但不称为糊精化酶。

（╳）15.酶法产生饴糖使用α－淀粉酶和葡萄糖异构酶协同作用。

（╳）二、填空题（每空1分，共10分）1. 日本称为“酵素”的东西，中文称为____酶_，英文则为__enzyme_，是库尼（Kuhne）于1878年首先使用的。

2. 1926年，萨姆纳（Sumner）首先制得__脲酶_酶结晶，并指出_脲酶_是蛋白质。

他因这一杰出贡献，获1946年度诺贝尔化学奖。

3.1960年，雅各布（Jacob）和莫诺德（Monod）提出了操纵子学说，认为DNA分子中，与酶生物合成有关的基因有四种，即启动基因、操纵_基因和__结构__基因。

第六章酶的非水相催化◆人们以往普遍认为只有在水溶液中酶才具有催化活性。

◆酶在非水相介质中催化反响的研究:在理论上进展了非水介质〔包括有机溶剂介质，超临界流体介质，气相介质，离子液介质等〕中酶的结构与功能、非水介质中酶的作用机制，非水介质中酶催化作用动力学等方面的研究，初步建立起非水酶学〔non-aqueous enzymology〕的理论体系。

◆非水介质中酶催化作用的应用研究，取得显著成果。

1.酶非水相催化的研究概况◆酶在非水介质中进展的催化作用称为酶的非水相催化。

1.1有机介质中的酶催化：◆有机介质中的酶催化是指酶在含有一定量水的有机溶剂中进展的催化反响。

◆适用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。

◆酶在有机介质中由于能够根本保持其完整的结构和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。

◆酶在有机介质中起催化作用时，酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键选择性和热稳定性等都有所改变。

1.2气相介质中的酶催化：◆气相介质中的酶催化是指酶在气相介质中进展的催化反响。

◆适用于底物是气体或者能够转化为气体的物质的酶催化反响。

◆由于气体介质的密度低，扩散容易，所以酶在气相中的催化作用与在水溶液中的催化作用有明显的不同特点。

1.3超临界流体介质中的酶催化：◆超临界介质中的酶催化是指酶在超临界流体中进展的催化反响。

◆用于酶催化反响的超临界流体应当对酶的结构没有破坏作用，对催化作用没有明显的不良影响；具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性；超临界温度不能太高或太低，最好在室温附近或在酶催化的最适温度附近；超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用；超临界流体要容易获得，价格要廉价等。

1.4离子液介质中的酶催化：◆离子液介质中的酶催化是指酶在离子液中进展的催化作用。

◆离子液〔ionic liquids〕是由有机阳离子与有机〔无机〕阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类，挥发性低、稳定性好。

酶在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、立体选择性、键选择性等显著特点。

2008级生物技术专业《酶工程》复习大纲试题题型：成对名词解释，判断题，填空题，简答题，论述题，实验设计题。

A、B卷第一章酶工程基础一、名词解释酶，酶工程；转换数，催化周期；酶活力，比活力；酶活国际单位IU，催量kat。

二、问答题1、酶催化的特点有哪些？2、影响酶催化作用的因素有哪些？3、试述米氏方程和米氏常数K m的意义。

第二章酶的发酵工程一、名词解释组成酶，诱导酶；协同诱导，顺序诱导；终产物阻遏，分解代谢物阻遏；葡萄糖效应。

二、问答题1、常见的产酶微生物有哪些？2、对产酶菌种有哪些要求？3、从微生物产酶的上中游阶段调控来分析，可通过哪些措施来提高产酶量？4、结合酶生物合成的四种模式，试述如何提高酶的合成量。

5、如果要筛选酸性蛋白酶高产菌株，请制定筛选方案（策略）。

第三章酶的分离工程一、名词解释盐析，盐溶；双水相，反胶束；超滤，透析。

二、问答题1、试述机械、物理、化学和生物酶法破碎细胞的优缺点（可采用表格归类总结）。

2、酶的提取方法有哪些？在酶的提取过程中应注意哪些问题？3、评价酶分离纯化方法优劣的指标有哪些，各自能反映什么问题？4、试述盐析、等电点和有机溶剂沉淀的原理及各自的优缺点（可采用表格归类总结）。

5、试述凝胶层析、离子交换层析和亲和层析各自的分离原理及操作特性。

6、现在分离得到一株脂肪酶高产菌株，经鉴定为黑曲霉。

利用所学知识，试设计一套从黑曲霉发酵液中分离纯化脂肪酶的实验方案。

已知，黑曲霉所产脂肪酶为胞外酶。

第四章固定化酶与细胞一、名词解释固定化酶，固定化细胞；构象效应，屏蔽效应；微扰效应，分配效应；外扩散限制，内扩散限制。

二、问答题1、固定化酶具有什么优点？2、试述常见固定化酶的方法、原理及其优缺点（可采用表格归类总结）。

3、评价固定化酶固定效果的参数有哪些？4、固定化酶活力降低的可能原因有哪些？5、固定化对酶反应体系产生了哪些影响（效应）？6、固定化酶的表观米氏常数K m’受哪些因素的影响？第五章化学酶工程一、名词解释酶分子改造，酶分子修饰；模拟酶，肽酶；抗体酶，印迹酶。

酶:有催化功能的生物大分子分为:蛋白酶(P酶)和核酸类酶(R酶)(主要由RNA组成)酶的特点:催化效率高、专一性强、作用条件温和酶工程主要内容：微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提取与分离纯化，酶分子的修饰，酶，细胞和原生质体固定化、酶的非水相催化、酶反应器和酶的应用酶的催化效率比非酶催化反应高107~1013倍酶催化作用的影响因素：底物浓度、酶浓度、温度、Ph 值、激活剂浓度、抑制剂浓度酶在60度以上易失活常见激活剂：ca、mg 、co、zn 、mn 、cl（α——淀粉酶），钴离子和镁离子是葡萄糖异构酶的激活剂酶的命名：国际酶学委员会ICE ：推荐名和系统名推荐名：底物名+催化反应类型+酶（水解酶类可省略反应类型名，只在底物后加酶字即可）系统名：作用底物+酶的作用基团+催化反应类型按酶的催化作用类型将蛋白酶分为6大类：氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂解酶，异构酶，合成酶将R酶分为：剪切酶、剪接酶、多功能酶还可以由酶的底物是RNA分子还是其他分子，可将R酶分为分子内催化和分子间催化酶活力：是指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。

酶催化反应速度，通常用单位时间t内底物S的减少量或产物P的增加量来表示1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定：在特定的条件下（温度可采用25摄氏度，pH值等条件均采用最适条件），酶1min催化1umol的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位，这个单位称为国际单位（IU）。

国际上另一个常用的酶活力单位是卡特（kat），在特定条件下酶1s催化1mol底物转化为产物的酶量定义为1kat 酶的比活力，是指在特定的条件下，单位重量(mg)蛋白质或RNA所具有的酶活力单位数。

固定化酶：与水不溶性载体结合，在一定的空间范围内起催化作用的酶酶的提取：在一定条件下，用适当的溶剂处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程。

酶提取注意事项：1、目标酶分子的特性及其物理、化学特性，2、酶分子和杂质的主要性质差异，3、酶的使用目的和要求，4技术实施的的难易程度，5、分离成本的高低，6、是否会造成环境污染。